双馈风力发电系统双PWM变换器研究与工程实现

论文摘要

随着不可再生能源的日益消耗以及化石燃料燃烧带来的环境污染问题,人们不得不考虑开发与利用可再生能源。风能由于其独有的优点而成为了世界各国研发的热点。采用/由于风能双馈风力发电系统的发电技术大大提高了风能的利用率,使得该发电系统受到各国学者和相关风电制造商的关注。双馈风力发电系统中,交流励磁电源的设计与控制是关键。本文主要对双馈风力发电系统用双PWM变换器控制算法进行了分析并对其进行了工程设计。首先,本文介绍了国内外风力发电技术的研究现状,分析了双馈风力发电技术的基本原理。研究了双馈风力发电系统转子侧PWM变换器的控制方法。分析了三相坐标系和两相旋转坐标系下的数学模型,根据其数学模型确立了基于定子磁场定向的矢量控制策略,实现了系统的解耦控制。对双馈风力发电系统的最大风能捕获原理进行了较为深入的分析研究,并确定了最大风能捕获控制方案。对系统功率解耦控制和最大风能捕获控制策略在MATLAB/SIMULINK平台上进行了仿真,其结果验证了所采用控制策略的合理性。其次,文章讨论了网侧PWM变换器的数学模型。为达到稳定直流母线电压和控制网侧PWM变换器交流侧功率因数的控制目的,引入了电压电流双闭环控制策略,并利用MATLAB/SIMULINK对采用地控制策略进行了仿真。仿真结果验证了控制策略的正确性。最后,本文对1.5MW的双馈风力发电系统进行了工程设计和计算。文章对双馈系统的屏柜、主电路和部分控制电路进行了设计。对变流器主电路参数进行了计算,包括IGBT模块的选型计算、直流母线电容选型计算、断路器参数计算和熔断器参数计算等。对双馈风力发电系统的DSP数字实现进行了部分设计。文中分析了SVPWM基本原理。分别给出了双馈风力发电系统转子侧PWM变换器控制程序和网侧PWM变换器控制程序主要流程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 风力发电技术研究现状与发展趋势
• 1.2.1 国外风力发电技术概述
• 1.2.2 国内风力发电技术概述
• 1.2.3 国内风力发电工业的现状
• 1.2.4 风力发电技术发展方向和趋势
• 1.3 变速恒频双馈风力发电系统简介
• 1.4 本文的主要内容
• 第2章 转子侧PWM 变换器分析研究及控制仿真
• 2.1 转子侧PWM 变换器的功能和控制概述
• 2.2 双馈发电机的基本理论
• 2.3 双馈发电机数学模型的建立
• 2.3.1 三相坐标系下双馈发电机数学模型
• 2.3.2 坐标变换
• 2.3.3 两相同步旋转坐标系下双馈电机的数学模型
• 2.3.4 两相静止坐标系下双馈风力发电机的数学模型
• 2.4 双馈发电机定子磁场定向矢量控制
• 2.4.1 双馈发电机矢量控制概述
• 2.4.2 双馈风力发电系统定子磁场定向矢量控制策略
• 2.5 双馈风力发电系统最大风能捕获控制
• 2.5.1 风力机的运行特性
• 2.5.2 双馈风力发电系统的运行区域
• 2.5.3 双馈风力发电系统最大风能捕获原理
• 2.6 转子侧PWM 变换器控制仿真分析
• 2.6.1 双馈风力发电系统并网过程仿真分析
• 2.6.2 双馈发电系统无功功率和有功功率调节过程仿真分析
• 2.6.3 系统最大风能捕获控制仿真分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 网侧 PWM 变换器分析研究及控制仿真
• 3.1 双馈发电系统网侧PWM 变换器数学模型建立
• 3.2 网侧 PWM 变换器的电压电流双闭环控制
• 3.3 仿真结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 1.5MW 双馈风力发电系统工程实现
• 4.1 双馈风力发电系统的设计任务及参数要求
• 4.2 PWM 变流器系统的功能设计
• 4.3 变流器系统的结构设计
• 4.4 变流器电气计算与元器件选型
• 4.4.1 变流器组成及链接结构
• 4.4.2 双 PWM 变换器容量计算
• 4.4.3 转子侧PWM 变换器参数选型计算
• 4.4.4 网侧 PWM 变换器参数选型计算
• 4.4.5 定子侧电流传感器选型
• 4.4.6 熔断器计算与选型
• 4.4.7 断路器参数计算与选型
• 4.4.8 IGBT 驱动模块选型
• 4.4.9 PWM 变流器主电路IGBT 布置
• 4.5 变流器系统的接口设计
• 4.5.1 控制系统结构
• 4.5.2 机侧变流控制器接口配置
• 4.5.3 网侧变流控制器接口配置
• 4.6 控制电路板原理图
• 4.7 本章总结
• 结论与展望
• 附图
• 参考文献
• 致谢